视电阻率测井数据处理的应用研究.doc

do i: 10. 3969 / j. issn. 1674 23504. 2009. 01. 010视电阻率测井数据处理的应用研究苏兆锋 ,刘国 ,孙增伟 ,张辉 ,贾辉(北京市勘察设计研究院有限公司 ,北京 100038 )摘 要 :影响土的电阻率的因素众多 ,土的视电阻率大小与土的工程力学指标密切相关 。在阐述视电阻率测井基本原理的基础上 ,采用三极测深的方式采集数据 ,对比分析所测得的三种类型土的视电阻率值 ,并结合土工试验结果 ,依据试验 数据归纳总结出亦庄地区典型土的电阻率值与土的饱和度 、含水率 、天然密度之间的相关性 。当土体趋于饱和时 ,土的视 电阻率趋于稳定 ,约等于水的视电阻率 ,土体视电阻率值随着含水率增大而减小 ,而随着天然密度的增大而增大 。关键词 :视电阻率测井 ;饱和度 ; 含水率 ;天然密度中图分类号 : P631. 8 + 11文献标识码 : A文章编号 : 1674 23504 ( 2009 ) 01 2065 203 V随着应用地球物理科学技术的发展 ,其应用领域也越来越广泛 ,并引起了工程界的普遍关注 , 视 电阻率测井就是该领域蓬勃发展的一个分支 。土的电阻率是土体导电性的基本参数 ,是土的固有物 性参数之一 。土的电阻率是指当电流垂直通过边 长为 1 m3 的 土 体 时 所 呈 现 的 电 阻 大 小 , 单 位 为 m (刘国华等 , 2004; 查甫生等 , 2006 ) 。由于土 体结构的复杂性 ,至今对土的电阻率特性认识不够清晰 ,本文通过大量的试验数据 ,证实了土的电阻 率大小与土的饱和度 、含水率 、天然密度等有较好 的对应关系 。= 4 AM AN M N( 1 )RAN - AMI在无限均匀的介质中 , 理想梯度电极系的探测半径为 2AO , 实际上 , 探测深度还受测井环境的影 响 , 并不是固定不变的 (马德锡等 , 2008 ) 。图 1 底部梯度电极系F ig. 1 B o ttom g ra d ie n t e le c tric a l sy s tem2 亦庄地区地质背景北京亦庄线地铁地层可分为人工填土层 、新近 沉积层 (局部表层分 布 ) 及 第四 纪沉 积 层三 大类 。 地铁线路附近分布的区域性断裂主要是南苑 通 县断裂 ,其走向 35 45 ,倾向 NW ,倾角 50 75 , 活动性质为正断层 ,最晚活动时代为 Q2 ,是大兴隆 起与北京坳陷分界断裂 ,为非全新活动断裂 。根据 对拟建工程沿线所在区域地下水分布条件和地下 水水位长期观测资料的综合分析 ,可将拟建工程地 下线 、高架线沿线地表以下 40 m 深度范围内分布 的地下水分别概括为 3层 ,各层地下水类型及勘察 实测水位参见表 1、表 2。1 视电阻率测井的基本原理电阻率测 井 以 研 究 岩 石 (土 ) 的 导 电 性 为 基 础 , 其中的视电阻率测井是最常用的方法 , 视电阻 率是电极系探测范围内各介质电阻率的加权平均 值 。测量过程中采用底部梯度电极系 , 记录点为 M , N 的中点 , 如 图 1 所示 (周 远 田 , 1999; 杨 克 敬 等 ,2008 ) 。用梯度电极系测量电阻率时 , 电极 A 是点电 流源 , 距电极 A 的距离分别为 AM , AN , 测量电极 M ,R IR IN 的电位分别为 : VM, 则它AN=4, VNAM=4 R I 1 1们的电位差为 :VM N = VM - VN =所以均匀介质的电阻率 R :()3 影响土的电阻率因素的研究-,4 AM AN土 、细砂 ,其土工试验物理指标见表 3。表 1 地下线地下水埋深分布Ta b. 1 G ro un dw a te r le ve l d is tribu tio n o f the un de rg ro u nd lin em地下水性质水位埋深水位标高含水层岩性特征潜水4. 50 10. 10 28. 11 31. 1313. 10 17. 60 19. 99 23. 58粉土 、砂土层砂土层 砂土 、卵砾石层层间水潜水 承压水 19. 20 24. 00 12. 87 17. 04图 2 视电阻率与饱和度的关系图F ig. 2 Th e re la tio n sh ip be tw e e n ap p a re n t re s is tiv ity a n d the de g re e o f sa tu ra tio n细砂在不同含水率情况下的视电阻率曲线图 。表 2 高架线地下水埋深分布Ta b. 2 G ro un dw a te r le ve l d is tribu tio n o f the o ve rhe a d linem地下水性质水位埋深水位标高 含水层岩性特征层间水层间潜水 承压水11. 00 18. 30 12. 45 21. 97粉土 、砂土层17. 00 21. 40 9. 03 13. 38 砂土 、卵砾石层23. 20 34. 60 - 5. 77 8. 53砂土层表 3 土工试验基本物理指标Ta b. 3 So il te s ting ba s ic p h y s ica l ind ic a to rsR /W / % ( gcm - 3 )S r / %W LW PGE图 3 视电阻率与含水率的关系图F ig3 The re la tio n sh ip b e tw e e n ap p a re n t re s is tiv ity a nd m o is tu re co n te n t3. 3 天然密度土在孔隙率一定的情况下 ,随着天然密度的增 大其视电阻率增大 ,选择 10 m 深左右的粉质粘土 为试验材料 ,其天然密度变化不大 ,大概为 2. 0 g / cm3 ,图 4为粉质粘土在不同天然密度下的视电阻 率曲线图 。21. 52. 012. 710. 910. 6429. 717. 813. 61. 952. 700. 640. 5723. 617. 682. 69160. 92饱和度土层在含水率一定的情况下 ,饱和度的大小直响土的电阻率大小 。土的临界饱和度是指保颗粒周围有连续水膜存在的土体最小含水量 。的含水量小于临界饱和度时 ,土的电阻率会陡大 。随着饱和度的增大 ,电阻率呈幂函数关系。当土 接 近 饱 和 时 , 电 流 几 乎 通 过 孔 隙 水 传的电阻率趋于稳定 ,约等于孔隙水的电阻率 。为粉质粘土在不同饱和度情况下的视电阻率线图 。含水率对于电阻率相对较低的细砂来说 ,电流主要靠图 4 视电阻率与天然密度的关系图F ig. 4 Th e re la tio n sh ip be tw e e n ap p a re n t re s is tiv ity a nd de n s ity o f th e n a tu ra l水来传导 ,固体颗粒和孔隙中的空气可以近似绝缘体 。土的孔隙水中阳离子含量的高低决孔隙水导电性的强弱 ,从而在很大程度上影响4 结语北京亦庄地铁勘察过程中对 10 个钻孔进行了 视电阻率 测 试 , 测 试 深 度 均 为 40 m , 测 试 间 距 为012 m , 共取得了不同深度 、不同岩性土层的 2 000个土体电阻率的大小 。土体的电阻率主要受水率的影响 ,在孔隙率一定的情况下 ,含水率则电阻率降低 ,特别是含水率较小时 ,含水率小变化就能引起电阻率的显著变化 。图 3 为第 1 期苏兆锋等 :视电阻率测井数据处理的应用研究67个视电阻率值 。通过对所测得的所有视电阻率值总结归纳可以得出 ,北京亦庄地区水位上 、下粘性 土的视电阻率变化不大 ,变化范围为 8 40 m , 而砂类土变化较大 ,水位以上变化范围为 170 410 m ,水位以下变化范围为 27 65 m ,可见孔 隙水对土的电阻率影响较大 。影响土的电阻率各因素由主至次的顺序为 : 含水率 、饱和度及天然密度等因素 。当土体趋于饱和 时 ,土的电阻率趋于稳定 ,约等于水的电阻率 ,土体 电阻率值随着含水率增大而减小 ,而随着天然密度 的增大而增大 。另外 ,由于土体结构的复杂性 、各向异性等因素 ,造成土体电阻率在不同情况下变化较大 ,在受 温度 、渗透性 、粘粒含量等方面还需做进一步的研究 。但随着测试理论和测试技术的不断完善 ,视电阻率测井在工程勘察领域里一定会有一个较大的 发展前景 。参 考 文 献查甫生 ,刘松玉. 2006. 土的 电阻 率理论 及其应 用探 讨. 工程 勘察 J . 10 ( 5 ) : 10 215.刘国华 ,王振宇 ,黄建平. 2004. 土的电阻率特性及其工程应用研究 J . 岩土工程学报 , 26 ( 1 ) : 83 287.马德锡 ,张志勇 ,杨进等. 2008. Sting R1 Ip Sw ift高密度电法长剖面 测量方法探讨 J . 东华 理工 大学学 报 (自然科 学版 ) , 31 ( 2 ) :152 2158.杨克敬 ,郭震 ,赵丽华. 2008. 视电阻 率曲线 在单 井判层 中的 应用 J . 煤炭技术 , 21 ( 3 ) : 15 216.周远田. 1999. 地球物理测井 M . 北京 :中国地质大学出版社.The Applica tion Research of Apparen t Resistiv ity L ogg ing Da ta ProcessingSU Zhao2feng,L IU Guo,SUN Zeng2we i,ZHAN G H u i,J IA H u i(B G I Enginee ring Con su ltan ts L TD , B e ijing, 100038 , Ch ina)A b stra c t: The re a re m any fac to rs to affec t the e lec trica l re sistivity of the so il. The e lec trica l re sistivity of the so ilis c lo se ly re la ted to the geo techn ica l p a ram e te rs of the so il. Th is p ap e r is ba sed on exp a tia ting upon the ba sic theo2 ry of the app a ren t e lec trica l re sistivity. A th ree2sound ing way of m ea su ring da ta acqu isition , by con tra sting and ana lyzing the app a ren t e lec trica l re sistivity of th ree typ e s so il, and com b in ing the re su lts of the so il te sting, the a r2 tic le summ a rize s the re la tivity be tween the app a ren t e lec trica l re sistivity of the so il in the Yizhuang a rea and th ree e lem en ts such a s sa tu ra tion, wa te r con ten t, na tu ra l den sity. It is p roved tha t when the so il becom e s sa tu ra ted, the re sistivity of the so il is stab ilized, abou t the re sistance of wa te r,